物种优先效应对植物群落构建的影响及其生态恢复意义

植物群落构建是退化生态系统恢复中的关键生态学过程,但如何定向培育植物群落以加快生态系统过程与功能的恢复仍是当前亟待解决的关键问题。优先效应是指在植物群落重塑中,早期到达物种对随后到达物种的建植、生长及繁殖等产生促进、抑制或无影响的现象,其对群落结构调整、功能维持及演替动态等过程起到重要的调控作用,在植物群落的人为构建中具有不可忽视的作用。当前此类研究主要集中于北美和欧洲国家,用于解决外来物种入侵、多样性保护、植被建设与管理等问题,而在我国的研究尚十分少见。本研究通过文献检索分析,综述了物种优先效应的研究现状,归纳了其主要驱动因素、响应机制及量化方法等内容。结果表明：优先效应的大小和方向受物种特性、组装顺序、环境条件及相互作用等多种因素影响;两个主要的驱动机制为生态位抢占和生态位修饰;存在研究区域较为局限,试验观测时间短,生物与非生物因素的交互研究少及理论支持缺乏等问题。本研究结合我国退化植被恢复的迫切需求,提出了未来的研究方向,以期为今后相关研究提供借鉴,为我国生态恢复工作提供新思路。     

水、磷对紫花苜蓿产量及水肥利用效率的影响

【目的】紫花苜蓿作为畜牧业生产中最主要的优质绿色饲料,是发展草食畜牧业的物质基础,同时它也是一种需水需肥较多的作物。如何从技术方面提高单位面积苜蓿产量,实现苜蓿高产栽培是科学研究人员及生产者研究的重点。北京市东南部接壤的蓟县、宝坻及南部接壤的廊坊、武清等地区,是北京市在生态和环境优先发展原则下畜牧养殖业外移的重要承接区域,苜蓿在当地种植缺乏科学指导,年干重产量仅为7500~10000 kg/hm2,盐碱地年产量更低,为4500~6000 kg/hm2。本研究通过苜蓿水肥试验确立紫花苜蓿达到高产的最佳磷肥施用水平和灌水量,为京南地区苜蓿高产及水肥的高效利用提供可借鉴的水肥管理技术。【方法】实验在低磷砂壤土条件下进行,选用紫花苜蓿中苜2号品种,设置全生育期不灌水（W0）、以及返青后及第1、2茬刈割后灌水且每次灌水25 mm （W1）、50 mm （W2）、75 mm （W3）4个灌水处理;每个灌水处理下设置不施磷（F0）、施P2O5 105 kg/hm2（F1）、210 kg/hm2（F2）3个施磷量处理,研究了灌水和施磷对紫花苜蓿产量、水分和磷肥利用效率的影响。【结果】1）灌水对1、2茬苜蓿产量的影响有显著差异,对3、4茬及全年产量的影响无显著差异;施磷肥对第3茬苜蓿产量没有显著影响,但对第1、2、4茬及全年苜蓿产量的影响均存在显著差异。2）灌水和施磷肥对紫花苜蓿的水分和肥料利用效率均有显著影响,随着施磷量的增加,苜蓿的水分利用率逐渐增大,说明施磷可以提高水分利用效率;随着灌水量的增加,苜蓿的磷肥利用效率呈先增加后降低的趋势,说明适当的增加灌水量可以提高苜蓿的磷肥利用效率。【结论】综合考虑紫花苜蓿产量、水分和肥料利用效率等指标,最优试验处理为每次灌水量50 mm,施P2O5 210 kg/hm2,其次为每次灌水量25 mm, 施P2O5 210 kg/hm2。     

羊草形态及生物量分配可塑性对土壤供磷能力的响应研究

植物形态及生物量分配变化是天然草原退化过程中的主要表现之一,通过研究植物形态及生物量分配对环境的响应规律有助于揭示草原退化及植被演替的内在机理。本试验研究了羊草形态、生物量累积及分配对土壤供磷能力的可塑性响应。试验采用有效磷含量低于3mg P_2O_5/kg的土壤设置0,30,90,180mg P_2O_5/kg 4个磷肥添加梯度,形成4种具有不同供磷能力的土壤,用于对羊草植株的培养,并于后期进行各项指标的测定。结果表明,1)土壤供磷能力的减弱明显减小了羊草的株高、各构件生物量,表现为高磷添加量显著高于低磷添加量,株高、叶生物量、茎生物量、根生物量、总生物量的降低幅度分别达到了14%,50%,51%,79%,63%。2)羊草个体形态及生物量分配对土壤供磷能力的响应并不完全一致,生物量累积对供磷量的敏感度最大,生物量分配次之,形态的敏感度最差,可塑性指数分别为0.58,0.31,0.19;单个性状指标以根干重最为敏感,可塑性指数达到了0.79。3)相关分析表明,羊草地上干重与叶宽、节间数、株高达到了极显著水平,此3个形态指标对羊草地上生物量的贡献率分别为30%,27%,26%,是形态指标中解释羊草地上生物量产生差异的主要因子。本试验在课题组前期研究的基础上,进一步从个体水平上探索羊草对土壤供磷能力的响应,与课题组前期试验结果相结合,可有助于探索天然草原退化和植被演替的内在原因。     

荒漠草原牧户草场植被群落特征趋同性研究

为揭示荒漠草原牧户草场生态植被群落特征趋同性,通过不同经济水平牧户草场的植物群落特征比较分析,结果显示:不同经济水平牧户草场中小针茅、无芒隐子草高度在高、中、低不同经济水平处理区并无显著区别,多根葱高度在高、低经济水平处理区亦无显著差异;主要植物种盖度在不同经济水平区无显著差异;小针茅密度在低经济水平区显著大于中经济水平区,无芒隐子草、多根葱密度在各处理区之间亦无显著差异;群落多样性指数中Shannon-wiener指数、Simpson指数和Pielou指数都是高经济水平牧户草场>冬草场>低经济水平牧户草场>中经济水平牧户草场,Margarlef指数则是低经济水平牧户草场>高经济水平牧户草场>中经济水平牧户草场>冬草场,建群种小针茅仍占有显著的优势地位;不同经济水平牧户草场之间小针茅的重要值不同,这与实际载畜率造成的放牧压力以及牲畜践踏程度有关。综上可知,荒漠草原不同经济水平牧户草场的植被群落特征呈现趋同性。     

大针茅对放牧生态系统植物群落地上生物量的调控作用

通过放牧梯度试验,研究放牧对内蒙古典型草原5种优势植物在个体、种群和群落水平上的影响,探讨大针茅(Stip grandis)对放牧生态系统植物群落地上生物量的调控作用。结果表明:个体水平,中轻度放牧对以大针茅和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)为代表的丛生禾草株高影响较小,对以羊草(Leymus chinensis)、黄囊苔草(Carex korshinskyi)和米氏冰草(Agropyron michnoi)为代表的根茎型禾草株高影响较大,植物株高的降低与个体地上生物量减少呈显著正相关。种群水平,大针茅种群生物量对放牧的响应迟缓,羊草、米氏冰草、糙隐子草和黄囊苔草种群生物量的减少与多度减少呈显著正相关。群落水平,大针茅的耐牧性使其成为资源重配的获益者,轻中度放牧干扰下,其地上生物量的补偿生长缓冲了放牧对群落的影响,对维持群落生产力与功能稳定性起重要的调控作用。     

温带草原区气候变化及其对植被影响的研究进展

为了深入研究温带草原区气候变化及其对自然-社会-经济系统的影响、系统响应及适应,回顾了温带草原区气候主要要素（如温度、降雨）与旱灾的变化及未来区域气候趋势预测等方面的研究进展,重点总结了气候变化对温带草原植被影响的最新研究成果。研究发现,温带草原区呈现总体气温明显升高,降水区域差异显著,干旱年份增多、旱灾增加的变化趋势。受此影响,植物物候、生理特征、生产力、覆盖度等发生明显的变化。最后指出,在气候变化核心要素预测、研究的时空尺度等方面还不完善,今后应重视开展大尺度气候变化的时空格局,微地形下气候变化的时空异质性等方面研究,同时加强气候变化对草原植被的影响与生态系统响应以及气候变化适应等方面的研究。     

气候变化对家庭牧场复合系统的影响及其牧民适应

家庭牧场土-草-畜-人复合生态系统是北方草原应对气候变化的基本单元,研究其适应性是促进牧区可持续发展的科学基础之一。以草业系统论构建家庭牧场气候变化适应性的研究方法,基于问卷调查研究了内蒙古草原10个旗县599个家庭牧场对气候变化的响应过程。结果表明,1)放牧地、打草场、饲料地、购草作为家庭牧场草料供给途径存在明显的区域分异,饲料地、购草之间具有替代效应;2)以干旱为主的极端气候是气候变化影响家庭牧场的关键因子,雪灾、沙尘暴、大风的影响在内蒙古各地呈现分异格局;3)牲畜、草场是气候变化作用于家庭牧场经营的主要介质,而通过土壤、人群、设施等要素对家庭牧场影响相对较小;4)购草、卖畜是牧户应对极端气候的主要适应行为,分别为保畜与减畜策略,比较而言,保畜策略更为常见。研究认为,家庭牧场复合系统对气候变化的响应发生于草畜-经营界面,草、畜2因子是反馈过程的关键节点。     

母体放牧经历对羊草克隆后代干旱敏感性的影响

母体放牧环境可以对后代子株产生遗留效应，同时，放牧可通过改变生态系统蒸散发格局及强度加剧干旱。然而，放牧遗留效应是否影响了植物对干旱的响应，尚知之甚少。从长期围封和放牧样地采集羊草克隆后代进行室内培养，研究了放牧遗留效应对羊草干旱适应性的影响。结果表明：1）相对于围封羊草克隆后代（NG），放牧羊草克隆后代（GZ）单株株高、单株生物量的干旱抵抗力更强，材料来源与干旱处理交互作用显著；相反，GZ子株数对干旱的响应比NG更敏感；2）NG与GZ地上生物量、总生物量对干旱具有相同的响应趋势和强度；3）NG总根茎长、总根茎节间数对干旱的响应更敏感，对照处理下NG总根茎长度、总根茎节间数显著大于GZ，而干旱处理下无显著差异；4）NG在干旱下减小根茎和地上分配，提高根系分配；而GZ在干旱下减小根茎分配、提高地上分配，根系分配无显著变化。结果表明，放牧遗留效应改变了羊草对干旱的响应模式，为认识放牧生态系统过程提供了新的角度。     

草原补奖政策下牧户是否超载？谁在超载及影响因素——以内蒙古为例

本文以内蒙古自治区草甸草原、典型草原、荒漠草原、沙地草原、草原化荒漠草地的15个旗县791户牧户为调查样本，以可持续生计资本为视角，通过建立二元Logit模型和多元线性回归模型，分析第一轮草原生态补奖政策实施期结束后，牧民草场是否超载?超载牧户的特征是什么?超载的程度如何?调查结果表明：内蒙古自治区第一轮草原生态补奖政策实施结束后牧户草场超载率平均值为44.70%；牧户草场超载率与草场经营规模呈负向相关关系，其超载率由高到低依次为小牧户 > 中牧户 > 大牧户；牧户草场超载率与畜牧业生产依赖程度呈负向相关关系，其超载率由高到低依次为纯牧户 > 兼牧户 > 非牧户；草场经营面积、冬季牲畜和固定资产数量成为影响牧户草场超载行为的关键生计指标，牧户草场经营面积对其呈显著负向影响，冬季家畜和固定资产数量对其呈显著正向影响。综上，第一轮草原生态补奖政策实施结束后牧户草场超载现象依然存在，超载率与草场资源占有率呈负向关系，与其对草原的依赖程度呈正向关系。     

磷胁迫下羊草的响应及磷响应相关基因表达分析

【目的】磷是植物生长发育所必需的大量营养元素,研究无机磷酸盐（inorganic phosphate,Pi）胁迫下羊草的响应,筛选不同浓度Pi胁迫下的内参基因,并分析Pi响应相关基因的表达,为羊草Pi胁迫响应的分子机制研究提供基础数据。【方法】以羊草幼苗为材料,进行不同浓度Pi处理培养,对羊草的株高和根长进行检测,利用钒钼黄比色法检测羊草植株中Pi的含量。根据羊草转录组数据选取7个候选内参基因,从NCBI核酸序列数据库选取1个候选内参基因,对羊草不同处理材料进行总RNA提取和cDNA合成,利用qRT-PCR对候选内参基因的表达进行检测,并通过geNorm、NormFinder和Bestkeeper软件对其稳定性进行评估。根据筛选获得的较稳定内参基因,对Pi响应基因的qRT-PCR检测数据进行相对定量分析。【结果】表型观测结果显示,无论是低Pi还是高Pi胁迫都使得羊草的生长减缓;株高对低Pi或缺Pi胁迫较为敏感,根长对高Pi胁迫较为敏感;并随着处理浓度的增加羊草中Pi的含量也增加。qRT-PCR溶解曲线分析显示8个候选内参基因均具有单一的溶解峰,基因表达谱分析表明8个候选内参基因的CT值范围是17.16—26.61,其中,LcGAPDH的表达丰度最高为17.16—20.22,Lc18SrRNA的表达丰度最低为23.28—26.61,CT值变异系数最小的为LcARPT（2.09%）,最大的为LcTUA（6.8%）。综合geNorm、NormFinder和Bestkeeper稳定性排名,通过计算几何平均数,获得8个候选内参基因综合稳定性排名,其中排名靠前的3个基因分别为Lc18SrRNA、LcCAP和LcEF1α,排名最后的2个基因为LcTUA和LcTUB。分别以Lc18SrRNA、LcCAP和LcEF1α作为内参基因,qRT-PCR相对定量表达分析结果显示,与对照相比,LcPHO1-2的表达受低Pi或者缺Pi诱导;LcPAP2的表达受高Pi诱导;而LcPAP27的表达同时受低Pi和高Pi下调。【结论】低Pi和高Pi胁迫均使羊草生长受阻,羊草地上组织与地下组织对Pi胁迫响应的模式不同。筛选出3个表达较为稳定的内参基因Lc18SrRNA、LcCAP和LcEF1α。LcPHO1-2和LcPAP2分别参与了羊草对低Pi和高Pi的应答响应,LcPAP27同时参与了羊草对低Pi和高Pi的响应进程。